用于打开组织的系统和方法技术方案

本主题涉及用于打开靶组织的技术。所公开的系统可包括配置成定位和/或监视靶组织的导航引导装置、用于利用聚焦超声(FUS)刺激靶组织的单元式换能器，以及配置成确定空化模式的处理器。该导航引导装置可包括空化检测器和臂。该单元式换能器可附接到该臂，并且配置成以预定参数诱导FUS打开靶组织。以预定参数诱导FUS打开靶组织。以预定参数诱导FUS打开靶组织。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于打开组织的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年10月23日提交的美国临时专利申请第62/925,094号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
[0003]拨款信息
[0004]本专利技术是在美国国立卫生研究院授予的拨款号R01
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EB009041和R01
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AG038961的政府支持下完成的。政府对本专利技术享有一定的权利。

技术介绍

[0005]聚焦超声(FUS)可以是一种用于碎石术、肿瘤消融、神经调节和原发性震颤治疗的非侵入性和非电离治疗技术。微泡可用作超声成像中的造影剂和超声治疗中的压力介质，以将药物输送到细胞、肿瘤或组织中。
[0006]某些FUS技术可以用于非侵入性和可逆地打开血脑屏障(BBB)。FUS介导的BBB打开可以在啮齿动物的非人类的灵长类动物的动物模型中进行。例如，通过将装置固定在颅骨内并经由经皮针连接到外部电源，已对受试人进行了某些临床试验。某些技术涉及通过嵌入MRI孔内的半球形阵列生成FUS。这种多元件阵列可以被配置为基于受治疗受试者的计算机断层扫描(CT)扫描同时进行治疗监视和规划。然而，这些技术会能很复杂，并且需要额外的医疗设备(例如CT和MRI)来诱导FUS和监视。此外，某些FUS技术会导致某些类型的组织损伤而无法提供安全长期的治疗。
[0007]因此，需要一种能够用于以改善的安全性和效率打开组织的简单FUS技术。

技术实现思路

[0008]所公开的主题提供了用于打开靶组织的技术。所公开的主题提供了用于利用聚焦超声(FUS)打开靶组织的系统和方法。
[0009]在某些实施例中，所公开的系统可包括导航引导装置、单元式换能器(single
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element transducer)和处理器。在非限制性的实施例中，该导航引导装置可被配置成定位和/或监视靶组织。在一些实施例中，该单元式换能器可配置成以预定参数诱导FUS打开靶组织。在非限制性的实施例中，该处理器可配置成确定空化模式。
[0010]在某些实施例中，导航引导可包括空化检测器和臂。空化检测器可配置成捕获空化信号。空化信号可以是空化幅度、空化持续时间和/或微泡速度。在非限制性的实施例中，空化检测器可配置成检测微泡空化。在一些实施例中，臂可配置成具有4个自由度并且由控制器进行控制。在非限制性的实施例中，导航引导装置可以是基于图像的导航器装置。
[0011]在某些实施例中，单元式换能器可连接到函数发生器以预定参数诱导FUS。打开靶组织的预定参数可以选自由中心频率、外径、内径、曲率半径及其组合组成的组。在非限制性的实施例中，中心频率可以从约0.2MHz到约0.35MHz。在一些实施例中，外径从约60mm到约110mm。在非限制性的实施例中，曲率半径可以从约70mm到约110mm。内径可以是约44mm。在某些实施例中，单元式换能器可连接到导航引导装置的臂。
[0012]在某些实施例中，处理器可以配置成确定空化模式。处理器可配置成基于空化信号确定稳定空化剂量(SCD)和惯性空化剂量(ICD)。在非限制性的实施例中，处理器可配置成通过数值模拟来确定预定参数的值。
[0013]在某些实施例中，靶组织可包括皮层脑结构、皮层下脑结构或其组合。
[0014]在某些实施例中，所公开的主题提供了一种用于打开靶组织的方法。该方法可包括使用导航引导装置定位靶组织、将微泡给予到靶组织中以及使用单元式换能器应用FUS。在非限制性的实施例中，导航引导装置包括空化检测器和臂。在一些实施例中，单元式换能器可以以预定参数诱导FUS打开靶组织。预定参数可以是中心频率、外径、内径、曲率半径及其组合。
[0015]在某些实施例中，该方法还可包括使用空化检测器获得空化信号。空化信号可以是空化幅度、空化持续时间和/或微泡速度。
[0016]在某些实施例中，该方法还可包括通过基于空化信号计算稳定空化剂量(SCD)和惯性空化剂量(ICD)来确定空化模式。
[0017]在某些实施例中，该方法还可包括通过执行数值模拟来确定预定参数。
[0018]下面将进一步描述所公开的主题。
附图说明
[0019]图1提供了根据所公开主题的示例性系统的照片。
[0020]图2提供了根据所公开主题的、示出利用不同单元式换能器(从上到下)的超声传播的示例性数值模拟的图像。
[0021]图3提供了根据所公开主题的、示出利用聚焦超声换能器的靶向人类颅骨内的可变深度的结构的超声传播的示例性数值模拟的图像。
[0022]图4提供了根据所公开主题的、示出人类颅骨内的模拟压力场的横向(顶部)和轴向(底部)分布的图表。
[0023]图5A
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图5C提供了示出模拟的人类颅骨诱导的焦点畸变的图表。图5A示出了由人类颅骨的存在引起的半峰全宽(FHWM)变化的图表。图5B提供了示出沿轴向和横向维度的模拟的焦移的图表。图5C提供了示出横向和轴向维度上的平均焦移的图表。
[0024]图6A
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图6E提供了示出人类颅骨引起的焦点畸变的图示和图表。图6A提供了示出使用水听器测量焦点畸变的示例性系统的图示。在(图6B和图6C
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左侧)自由场中以及(图6B和图6C
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右侧)利用人类颅骨碎片，可以进行光栅扫描来测量聚焦体积(focal volume)。图6D提供了示出半峰全宽变化的图表。图6E提供了示出沿着横向和轴向维度的焦移的图表。
[0025]图7A
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图7D提供了示出穿过人类颅骨的无源空化检测的图示和图表。图7A提供了示出用于无源空化检测的示例性体外系统的图示。图7B提供了示出针对自由场中的为0.4(左)、0.6(中)和0.8(右)的机械指数(MI)的对照和微泡声发射的光谱的图表。图7C提供了示出穿过人类颅骨的对照和微泡声发射的光谱的图表。图7D提供了如下图表，其示出了在0.4(左)、0.6(中)和0.8(右)的MI下针对对照和微泡的在自由场中并穿过人类颅骨的空化水平。
[0026]图8提供了示出在0.4、0.6和0.8的机械指数(MI)下使用聚焦超声换能器并使用临床相关超声参数(中心频率：0.25MHz，脉冲长度：2500个周期或10ms，脉冲重复频率：2Hz，占
空比：2％，总持续时间：2分钟)的颅骨加热的图表。
[0027]图9提供了示出非人灵长类动物(NHP)模型中的血脑屏障(BBB)的打开的图像。
[0028]图10A
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图10I提供了示出体内无源空化检测测量的图表。图10A示出了微泡注射前非人灵长类动物(NHP)1的光谱幅度。图10B示出了微泡注射后NHP 1的光谱幅度。图10C示出了NHP 1的整个治疗过程的光谱图。图10D示出了微泡注射前非人灵长类动物(NHP)2的光谱幅度。图10E示出了微泡注射后NHP 2的光谱幅度。图10F示出了NHP 2的整个治疗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于打开受试者的靶组织的系统，包括：导航引导装置，其配置成定位和/或监视所述靶组织，包括：空化检测器，以及臂；单元式换能器，其联接至所述臂，用于用聚焦超声FUS刺激所述靶组织，其中所述单元式换能器以预定参数诱导所述FUS打开所述靶组织；以及处理器，其配置成确定空化模式。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述臂配置成具有4个自由度并且由控制器进行控制。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述单元式换能器连接到函数发生器。4.根据权利要求1所述的系统，进一步包括配置成对所述FUS作出反应的微泡。5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述微泡配置成对所述FUS的预定脉冲作出反应并诱导用于打开所述靶组织的空化。6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述微泡的尺寸从约1微米到约10微米。7.根据权利要求4所述的系统，其中，所述微泡配置成携带或包覆有活性剂。8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述空化检测器配置成检测微泡空化。9.根据权利要求6所述的系统，其中，所述空化检测器配置成捕获空化信号，其中所述空化信号选自由空化幅度、空化持续时间和微泡速度组成的组。10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器配置成基于所述空化信号确定稳定空化剂量SCD和惯性空化剂量ICD。11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述导航引导装置是基于图像的导航器装置。12...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾丽莎，
申请(专利权)人：纽约市哥伦比亚大学理事会，
类型：发明
国别省市：